模拟电路设计（31）---功率放大器简介

在电子设备中，放大器的末级通常要带动一定的负载。例如，使扬声器发出洪亮的声音，推动电动机旋转，将微弱的无线电信号发射出去等。

为了达到以上要求，末级电路不但要求能输出较大幅度的电压，同时还要求输出较大幅度的电流，即要求放大器能向负载输出足够大的功率。这种放大器成为功率放大器。

早期的功率放大器多以三极管构成，电路形式变化多样，设计调试也比较复杂。随着半导体技术的飞速发展，近年来出现了很多功放集成电路和模块，功能更加完善，指标也更加出众，大大减少了设计、调试电路的工作量。虽然电路的形式大不相同，但都基于相同的原理。

功率放大器的主要性能指标

输出功率及安全工作条件

为了获得大的输出功率，加在功率晶体管上的电压、电流就很大，晶体管工作在大信号状态下。这样晶体管的安全工作就称为功率放大器的一个重要问题，一般以不超过管子的极限参数（ICM、BVCEO、PCM）为限度。

效率η

功率放大器输出了较大的功率，同时自身也消耗了一部分能量。放大器输出信号的功率与电源供给功率之比称为放大器的效率，用η表示，即：η=Po/PE*100%电源供给功率除了一部分变成有用的信号功率外，剩余部分变为晶体管的管耗PC（PC=PE-PO）。如果放大器的效率较低，不仅使电源供给功率增加，而且使晶体管管耗增加，甚至使其过热损坏。因此，提高效率也是功率放大器研究的一个重要问题。

失真

功率放大器中信号摆动幅度很大，往往超出晶体管的线性工作区，很小的饱和、截止失真都会带来较大的非线性失真。因此减小非线性失真就成为功率放大器研究的另一个问题。

功率放大器的分类

功率放大器可以根据工作状态的不同分为以下四种：

（1）甲类工作状态

在整个工作周期内晶体管的集电极电流始终是流通的，如下图（1）所示。甲类工作状态又称为A类工作状态。这种状态放大器的效率最低，但非线性失真相对较小。一般用于对失真比较敏感的场合，比如Hi-Fi音响。

（2）乙类工作状态

晶体管半个周期工作，另半个周期截止，如下图（2）所示。乙类工作状态又称为B类工作状态。这种放大器一般有两只互补的晶体管推挽工作，效率比甲类功放高，但存在交越失真的问题。一般功率放大器都采用这种形式。

（3）甲乙类工作状态

它是介于甲类和乙类之间的工作状态，即晶体管工作周期大于一半，如下图（3）所示。这种功放的特性介于甲类和乙类之间。

（4）丙类工作状态

在这种状态下，晶体管工作的时间小于半个周期，如下图（4）所示。丙类工作状态又称为C类工作状态。丙类功放一般用于高频的谐振功放。

放大器的四种工作状态

（5）D类功率放大器

这种放大器中，输入信号先调制为PWM形式，晶体管工作在开关状态，输出端通过LC滤波恢复信号波形。这种功率放大器最大的特点就是效率很高，但是电路较为复杂、高频特性差。主要用于小型化、电池供电以及要求高效率的场合。

另外，整理了一些电子工程类的资料，分享给大家，目前有模拟电路、单片机、C语言、PCB设计、电源相关、FPGA、EMC、物联网、Linux相关学习资料，还有针对大学生的资料包，后续还会有更多资料分享给大家，助力大家学习，成就梦想~

博主福利：免费获取电子工程类学习资料~https://mp.weixin.qq.com/mp/appmsgalbum?__biz=MzkzOTM5NTE0OQ==&action=getalbum&album_id=2532293941282209792#wechat_redirect